Что такое микроорганизм почв

Микроорганизмы – древнейшие представители живых существ, появились на Земле, как считают специалисты, более трех миллиардов лет назад.

Большинство микроорганизмов – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные (бактерии, актиномицеты, микоплазмы, риккетсии, спирохеты, простейшие) и многоклеточные (зеленые и сине – зеленые водоросли, несовершенные грибы), а также неклеточные (вирусы, фаги) формы.

В природе микроорганизмы распространены чрезвычайно широко.

Они обнаруживаются в большом количестве в почве, воде, в растительных и животных организмах. Токами воздуха заносятся в стратосферу на высоту более 20 км. Их находят в горячих гейзерах, нефтяных водах, на глубине более 10 км в морях и океанах.

Даже самые твердые скальные массивы населены различными организмами. Верхний слой скальных массивов, так называемая кора выветривания, насыщена бактериями и водорослями, микроскопическими грибами и актиномицетами, простейшими организмами, фагами, вирусами и пр.

В верхнем слое базальтовых пород насчитывается от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов на грамм субстрата. В условиях суровой Арктики на островах Северного Ледовитого Океана (Новая Земля, Северная Земля и др.) скальные породы содержат значительное число микроорганизмов.

О существовании на Земле невидимого мира чрезвычайно малых существ человечество существующей ныне цивилизации узнали немногим более трехсот лет тому.

Антонио Левенгук (1632 – 1723), будучи очень любознательным человеком, в свободное от основной работы время любил изготавливать и шлифовать стеклянные линзы. Рассматривая каплю дождевой воды при помощи сконструированного им микроскопа, обнаружил в ней массу маленьких живых существ, одни из которых были неподвижны, а другие активно двигались. Левенгук сделал зарисовки увиденного им при помощи микроскопа, а затем листы с рисунками и пояснительными записями предоставил в Королевское научное общество.

Вскоре и другими исследователями были обнаружены микроскопически малые живые существа были обнаружены в различных субстратах – в настое сенного отвара, в гниющем мясе, в крови больных животных и людей, а затем и в других материалах.

Почти двести лет с момента обнаружения микроорганизмов, микробиология оставалась лишь описательной наукой. Ученые открывали все новые и новые микроорганизмы, тщательно их описывали, зарисовывали их форму, но не могли объяснить какую роль они играют в природе, в жизни растительных и животных организмов, в том числе и в жизни человека.

Только во второй половине Х1Х века Луи Пастер (1822 – 1895), занимаясь проблемой скисания знаменитых марок французских вин, впервые доказал, что микробы принимают активное участие во многих процессах, происходящих в природе, в том числе в процессах брожения, круговорота веществ, являются возбудителями заразных заболеваний животных и человека.

Со времен Пастера микробиология начала усиленно развиваться и к настоящему времени изучены строение и свойства многих микроорганизмов, выяснена их роль в круговороте и превращении различных веществ в природе.

Основоположник биогеохимии В.И.Вернадский убедительно доказал, что биосфера сформировалась и развивалась в результате взаимодействия микроорганизмов, растений и животных, которые обеспечивали и обеспечивают непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на нашей планете, включая элемент жизни – кислород.

Сам Луи Пастер говорил, что микробы – это бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль, и если бы они исчезли с лица планеты, то поверхность Земли была бы загромождена мертвыми органическими веществами.

Такие биологические особенности микроорганизмов, как малый вес, небольшие размеры и быстрое размножение способствуют переносу их токами воздуха на большие расстояния и накоплению их в большом количестве в различных субстратах.

Для них присущи высокая устойчивость к различным факторам окружающей среды, разнообразие физиологических свойств и большая приспосабливаемость к самым различным условиям обитания. Некоторые виды микроорганизмов обитают и размножаются в горячих источниках, температура воды в которых достигает более 800С, а другие – в холодных водах при минусовой температуре. Одни микроорганизмы живут и размножаются в соленых водах, другие – в щелочной среде. Микроорганизмы живут и размножаются там, где другие живые существа обитать не могут.

Со времен Левенгука и до наших дней постоянно идет процесс накопления данных о новых видах микроорганизмов, населяющих почву и недра, воздух и воду земли, обитающих в животных и растительных организмах.

Можно предположить, что первоначальной средой, в которой возникли, размножались и развивались микроорганизмы, была вода. Но когда на поверхности земной коры образовалась почва, постоянно обогащаемая органическими веществами, увлажняемая атмосферными осадками и обогреваемая солнечными лучами, она стала для микробов наиболее благоприятной средой обитания и их развития.

Микробное население почвы очень богато и разнообразно. Кроме бактерий в почве обитают в огромном количестве микроскопические грибы, актиномицеты, водоросли, фаги, вирусы, простейшие, микоплазмы, насекомые, черви и другие живые существа. Количество микробов в одном грамме почвы измеряется сотнями миллионов особей. Наиболее богата микроорганизмами окультуренная, возделываемая почва. Живая масса бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей составляет свыше десяти тонн в пахотном слое одного гектара плодородных, хорошо окультуренных почв. Подсчитано, что общая масса микробных клеток на нашей планете примерно в 25 раз больше массы всех животных.

Наиболее бедной микроорганизмами является почва пустынь, где мало влаги и органических веществ. При этом, как по численности особей, так и по численности видов, преобладают бактерии, относящиеся по своим морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам к различным физиологическим группам. Среди них имеются нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие, целлюлозоразлагающие, железобактерии, серобактерии и др.

Микроорганизмы почвы играют очень важную роль в переработке значительного количества различных веществ – минеральных и органических. Они разрушают растительные и животные остатки, участвуют в процессах превращения продуктов их распада. При помощи микроорганизмов изменяется структура и химический состав почвы. Микроорганизмы, как биологические катализаторы, определяют основное свойство почвы – плодородие. Они синтезируют и выделяют разнообразные продукты метаболизма, которые входят в состав почвы, обуславливая ее плодородие. В процессе жизнедеятельности все население почвы производит биохимическую работу космического значения. Перерабатывая огромные массы органических и минеральных соединений, микроорганизмы непрерывно синтезируют новые органические и неорганические вещества.

Химическая деятельность микроорганизмов проявляется в непрерывном круговороте азота, фосфора, серы, углерода и других веществ. Микробиологические процессы круговорота азота имеют огромное значение как факторы оздоровления и плодородия почвы. Основные биохимические процессы круговорота азота состоят из нескольких этапов и участие в них принимают различные виды микробов.

В поверхностных слоях почвы находятся аэробные амонифицирующие бактерии родов Bacillus, Proteus, Escherichia, Pseudomonas, Serratia, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие, возбудители брожения клетчатки, пектина и др. В более глубоких слоях почвы располагаются микроорганизмы, вызывающие процессы брожения и гниения в анаэробных условиях.

В первом этапе разложения сложных органических соединений животного и растительного происхождения – гниении белков, сопровождающемся образованием зловонных, летучих соединений (индола, скатола, аммиака, сероводорода и пр.) принимают участие Proteus sp., Bac.subtilis, Bac.mesentericus, Bac.megatherium, Bac.sporogenes . На втором этапе – в разложении мочевины участвуют Sarcina urea, Urobacter pasteuri и др. В прцессах нитрификации и денитрификации участвуют Nitrosomonas europea, Bact.pyocyaneum, Bact.denitricans и др. Фиксация атмосферного азота осуществляется Bact.rodicicola, Azotobacter agifa, Azotobacter chroococcum и др.

Углерод, подобно азоту, имеет свой круговорот, при этом процессы распада безазотистых органических веществ обусловлены жизнедеятельостью микроорганизмов, а процессы созидательные – фотосинтезом зеленых растений. Круговорот углерода имеет отношение к разнообразным типам брожений, в которых участвуют различные микроорганизмы: в спиртовом – истинные дрожжи, мукоровые плесени; уксуснокислом – дрожжеподобные грибы Micoderma vini, Bact. Pasterianum; молочнокислом – Streptococcus lactis, Bact. Bulgaricum, E.coli, Bact.lactic и др; маслянокислом – Clostridium pasterianum; в брожении целлюлозы и пектиновых веществ – Granulobacter pectinovorum, Bac.cellulosa.

Сера составляет часть белка, участвует в круговороте веществ. Сероводород, образующийся при процессах гниения, ядовит для высших растений и непригоден для утилизации. Серобактерии рода Beggiatoa окисляют этот сероводород до серной кислоты и тем самым способствуют образованию солей серной кислоты (сульфатов), которые могут использоваться высшими растениями как питательный материал. Серобактерии играют важную роль в биологическом очищении сточных вод и являются показателями загрязнения воды и почвы.

Фосфор, входящий в состав животных и растительных организмов, в результате разложения микроорганизмами выделений, отмирающих частей и трупного материала, освобождается в виде фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты не пригодны для питания высших растений. Обитающий в почве Bac. mucoides, участвует в процессе преобразования нерастворимого фосфата в растворимую соль.

Железобактерии обеспечивают круговорот железа. К ним относятся представители родов Leptothrix, Crenothrix, Chlamidotrix, Cladotrix, Spirophyllum, Thiobacillus.

Железобактерии превращают находящееся в почве нерастворимое железо (Fe3) в растворимое (Fe2), доступное для усвоения растениями.

При нехватке железа нарушается состав гемоглобина у человека и животных, возникает анемия, у растений теряется способность образовывать хлорофилл, они теряют зеленую окраску и в результате у растений развивается заболевание – хлороз.

Все железобактерии являются постоянными обитателями почвы, водоемов, ключей, луж, болот, водопроводных труб. Среди них есть представители, обитающие в симбиозе с зелеными и сине – зелеными водорослями, с представителями простейших – жгутиковыми. В результате своей жизнедеятельности железобактерии переводят закисные формы железа в окисные, получая в результате этого энергию, которую используют для восстановления СО2. Эффект жизнедеятельности железобактерий чрезвычайно велик. Болдотная железная руда является продуктом жизнедеятельности железобактерий. Криворожское месторождение железной руды также является продуктом их жизнедеятельности.

Многие группы микроорганизмов, относящиеся к хемолитотрофам, фотоавтотрофам, гетеротрофам, участвуют в превращениях металлов с переменной валентностью.

В почве обнаруживаются различные активные вещества (ферменты, витамины, ауксины, антибиотики, токсины и многие другие соединения), являющиеся метаболитами микробов. Все эти вещества вместе с другими организмами придают почве свойства, отличающие ее от минеральной породы. Интенсивность жизненных процессов микробного населения определяет степень плодородия почвы. Интенсивность проявления биологических процессов зависит от климатических, географических условий, а также от времени года и многих других факторов.

Следует помнить и о том, что в почве обитают многие виды микроорганизмов, которые могут вызвать опасные инфекционные заболевания у растительных и животных организмов, в том числе и у людей. Среди них возбудители таких опасных заболеваний как сибирская язва, столбняк, газовая раневая инфекция, поверхностные и глубокие микозы, актиномикозы и другие.

Без учета деятельности микробного населения почвы невозможно решать многие проблемы связанные с почвоведением, медициной, земледелием, ветеринарией, животноводством, растениеводством.

Источник

Микроорганизмы в почве

Дата публикации: 12.12.2018 2018-12-12

Статья просмотрена: 4751 раз

Библиографическое описание:

Соляников, А. В. Микроорганизмы в почве / А. В. Соляников. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 50 (236). — С. 75-77. — URL: https://moluch.ru/archive/236/54777/ (дата обращения: 11.12.2021).

В статье рассматриваются виды микробов, их функции микроорганизмов в почве, и влияние среды на их жизнедеятельность.

Ключевые слова: микроорганизмы, почва, плодородие.

The article deals with the types of microbes, their functions of microorganisms in the soil, and the influence of the environment on their livelihoods.

Keywords: Microorganisms, soil, fertility.

Почвенные бактерии ведут свою историю с тех времен, когда представители органической жизни только начали выбираться на сушу.

Почва — сложный субстрат. Точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней чрезвычайно трудно.

Однако неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных видов она выступает как разная среда. К примеру, в плодородной почве общая биомасса бактерий достигает 500 кг/га и более, наибольшее значение для плодородия почв имеют микроорганизмы, участвующие в круговороте азота в природе: азотфиксирующие бактерии родов Azotobacter, Rhizobium, актиномицеты рода Frankia и другие; нитрифицирующие бактерии; спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium.

Всех живых обитателей почвы можно отнести к трём надцарствам (безъядерные — Acaryotae; предъядерные — Procaryotae; ядерные — Eucaryotae)

Почвенные бактерии образуют три основных класса: Actinomycetae, Eubacteriae и Myxobacteriae, которые включают в себя различные по форме и функциям микроорганизмы. Основная масса микроорганизмов локализована в верхних, богатых органикой горизонтах почвы. Чем ниже почвенный горизонт в почвенном профиле, тем больше снижается численность микроорганизмов, причем более или менее резко в зависимости от типа почвы. [1]

Численность и качественный состав микроорганизмов в почве зависит также и от сезона года. К примеру, почти во всех типах почв резко увеличение физиологической активности и численности микроорганизмов наблюдается в сезон весны.

Микроскопические организмы почвы выполняют множество различных функций. Например, они в анаэробных условиях активно ферментируют комплексные органические соединения, преобразуя их в простые молекулярные соединения, легко усваиваемые растениями. Огромное значение в повышении урожайности растений и улучшении плодородия почвы имеют микробы-антагонисты. Это особая группа бактерий, грибов, дрожжей и прочих микроорганизмов, которая вырабатывает различные биологически активные вещества. В первую очередь антибиотические вещества, подавляющие рост и развитие патогенной микрофлоры.

Существует деление агропочвенных микроорганизмов по их функциям:

Деструкторы — бактерии, которые проживают в грунте и минерализуют базисные соединения, находящиеся в верхнем слое земли. Их роль — преобразование остатков живых веществ и растений в эклектические элементы.
Азотфиксирующие микроорганизмы (которые подразделяются на ассоциативные, симбиотические, свободно живущие) — симбионты растений. Их значимость заключается в том, что только этот тип бактерий способен объединять неорганичные кислородные элементы и обеспечивать ими растения. Именно благодаря этому почва и растения получают важные минеральные вещества.
Хемоавтотрофы — микроорганизмы, которые сосредотачивают существующие неорганические вещества в базисные молекулы. Их значимость состоит в том, что они могут подвергать обработке накапливающиеся в основе эклектические элементы, а затем передавать их растениям. [2]

Микроорганизмов в почве очень большое количество: по данным М. С. Гилярова в каждом грамме чернозема насчитывается 2–2,5 миллиарда бактерий. Микроорганизмы способны не только разлагать органические остатки на более простые минеральные и органические соединения, но и синтезировать высокомолекулярных соединений — перегнойных кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве.

Основной поставщик питательных веществ растений — аэробные микроорганизмы, для которых без кислорода невозможно осуществления процессов жизнедеятельности. Увеличение рыхлости, водопроницаемости при оптимальной влажности и температуре почвы обеспечивает наибольшее поступление питательных веществ к растениям, что и стимулирует их бурный рост, увеличение урожайности. Чем плодороднее почвы, чем больше в них перегноя, тем плотнее заселены они микроорганизмами. Легко заметить, что в одних почвах микробов больше, в других меньше.

Накопление микроорганизмов в значительной степени зависит от количественного и качественного содержания органических веществ в отмерших растительных и животных остатках. Если ориентироваться на средние цифры, полученные при наблюдениях за численностью микробов в почве, то можно составить представление о богатстве тех или иных почв микроорганизмами. Вначале микробов больше, а после минерализации органических веществ их количество уменьшается. Это, по-видимому, связано с уменьшением питательных веществ для микроорганизмов.

При высушивании почва обедняется микроорганизмами. Иногда их численность уменьшается в 2–3 раза, но возможно и в 5–10 раз; наиболее жизнеспособны актиномицеты, затем микобактерии. Полного вымирания бактерий, в условиях длительной засухи почвы, не происходит. Даже у чувствительных к высушиванию культур имеются единичные клетки, которые длительное время сохраняются в анабиотическом состоянии.

На распределение некоторых микробов в почве сильное влияние оказывает кислотность почвенного раствора, так в почвах с нейтральной или слегка щелочной реакцией бактерий намного больше, чем в кислых или других почвах.

Почвы резко разнятся по своим свойствам, поэтому возникло предположение о существовании различия в составе населяющих их микроорганизмов. За небольшой промежуток времени число микроорганизмов в почве может значительно изменяться. Это следствие многих факторов: динамики температуры и влажности почвы, состояния растительного покрова, от типа почвы, генетического горизонта, содержанию в нем органических веществ, сезона года, климатических условий и т. д. Изменчивость количества микроскопических организмов не решает вопроса о разной плотности заселения микроорганизмами почв различных типов.

В составе почвенной массы, помимо наличия активного биоорганоминерального комплекса (включающего органические вещества, почвенную микрофлору, почвенный раствор и почвенный поглощающий комплекс) Лазарев выделяет неактивную часть. Она представлена внутренними слоями минералов, принимающих участие в химических, биохимических и микробиологических процессах.

В биоорганоминеральном комплексе Лазарев усматривает наличие следующих пяти систем.

Первая система — включает аммонифицирующие микроорганизмы, вызывающие распад белковых остатков. Это, по терминологии Лазарева, «зимогенная микрофлора».

Вторая — имеет микрофлору, разлагающую растительные остатки и способствующую образованию перегнойных соединений, обогащенных продуктами микробных автолизатов (α-гуматов). Эта разнообразная по составу группировка, включающая бактерии, грибы и другие организмы, названа «автохтонной микрофлорой А».

Третья — микробная группировка, минерализующая α-гуматы. Предполагается, что она включает аммонификаторы, аэробные целлюлозные микроорганизмы, денитрификаторы, нитрификаторы, бактерии, редуцирующие сульфаты и т. д.

Эта группировка получила наименование «автохтонной микрофлоры В».

Четвертая биологически инертная система характеризуется наличием в ней гуматов, обедненных азотом (β-гуматов), которые образуются в почвах, богатых известью. Кальций ослабляет связь между гуматной и протеиновой частями перегноя, и последняя подвергается разрушению.

Пятая система представляет часть третьей, связанной с корневой системой растений. [3]

В южных широтах в сезон засушливого и жаркого лета численность микроорганизмов резко сокращается, в то время как в почвах северной зоны (при условиях достаточного увлажнения) колебания численности микроорганизмов выражены менее резко.

На динамику численности микроорганизмов в почве оказывают влияние не только влажность и температура, но и фаза развития растений, поступление в почву органического распада, накопление микробных метаболитов и многое другое. Кроме сезонных колебаний численности микроорганизмов, в почве наблюдаются изменения численности, и структуры микробных группировок за короткие промежутки времени — месяцы, недели и даже сутки.

Знания о микроорганизмах активно используются в сельскохозяйственном производстве.

От сапротрофных организмов напрямую зависит плодородие почвы. Их количество отвечает за условия получения высокого урожая; без этих организмов запасы полезных веществ быстро исчерпались бы.

Поэтому для повышения плодородия культурные поля обрабатывают и вносят органические удобрения. Это способствует повышению активности полезных микробов. В почвах с более энергичными мобилизационными процессами преобладают бациллы, использующие не только органический, но и минеральный азот. Наоборот, в почвах со слабо протекающими процессами минерализации органических веществ доминируют спорообразующие бактерии, для которых необходим органический азот. В этом проявляется глубокая связь физиологии микроорганизмов со свойствами среды их обитания. [4]

В процессе развития растения и микроорганизмы научились не просто мирно существовать друг с другом, но и вступать в различные симбиотические связи. Переводят азот из атмосферы в почву, преобразовывая его в доступную для растений форму. Взамен получают необходимые углеводы и минеральные соли, которые растения усваивают из воздуха.

Повышение уровня азота в почве позитивно сказывается на растениях: у них ускоряется развитие корней, укрепляется иммунитет, повышается сопротивляемость стрессам и патогенам, и как следствие увеличивается количество урожая.

Многие микроорганизмы выделяют антибиотические вещества и тем самым защищают растения от фитопатогенов, некоторые способны синтезировать стимуляторы роста для растений. Но в тоже время многие бактерии, в определённых условиях, способны осуществлять процесс денитрификация, что приводит к дефициту азота в почве.

Источник